丹江口水利枢纽下游河道重建平衡过程分析

丹江口水利枢纽修建运行后,形成清水下泄,作为冲积型河流的下游河道将失去原有平衡.河流为了适应新的水文情势必重新建立平衡.自丹江口水库运行以来,下游河道的水沙变化,使泥沙运动和河道形态进行了新的调整.由清水下泄而引发的冲刷、下切、崩岸等河流造床活动,导致形成了新的抗冲层和与之相适应的新的河床坡降、过水断面等水力因素,使河槽的挟沙能力减低,以适应急剧减少的上游来沙量,使河道建立起新的平衡.     

弓江口水利枢纽下游河道重建平衡过程分析

丹江口水利枢纽修建运行后，形成清水下泄，作为冲积型河流的下游河道将失去原有平衡。河流为了适应新的水文情势必重新建立平衡。自丹江口水库运行以来，下游河道的水沙变化，使泥沙运动和河道形态进行了新的调整。由清水下泄而引发的冲刷、下切、崩岸等河流造床活动，导致形成了新的抗冲层和与之相适应的新的河床坡降、过水断面等水力因素，使河槽的挟沙能力减低，以适应急剧减少的上游来沙量，使河道建立起新的平衡。     

黄河下游低含沙水流挟沙力研究

冲积河流在低含沙水流冲刷后，床面粗化使水流挟沙能力下降现象十分明显。三门峡水库蓄清排浑运用后，黄河下游河道汛期淤积、非汛期冲刷，同样由于断面展宽，床面粗化及悬沙组成也变粗，使得水流挟沙力急剧下降。因此讨论低含沙水流冲刷条件下的水流挟沙力是评估水库下泄大流量冲刷下游河道效果的关键问题。通过试验及野外资料提出的低含沙水流挟沙力公式，它形式简单，与已有公式不同的是，它反映了河道边界条件(即坡降、床沙粗细及断面形态)及泥沙特性对挟沙力的影响。经黄河下游实测资料验证满意，可用以定量估算下游大流量低含沙量时冲刷的减淤作用及艾山-利津河段不淤(或微冲)需要的临界流量。     

小浪底水库运用后黄河下游河道洪水与泥沙输移特性

根据小浪底水库拦沙运用后的河道观测资料,分析了黄河下游河道泥沙冲淤及河床质组成的时空变化特性。伴随着河道的持续冲刷,导致河床粗化、细泥沙补给不足,水流挟沙能力明显降低。建立了河道冲刷效率与累积冲刷量的量化关系,河道冲刷效率随累积冲刷量的增加呈指数衰减。2018年黄河下游河道的输沙能力相对于2000年降低约57.1%。分析了洪水期河道冲淤量与水沙量、流量及累积水量间的函数响应关系。考虑到河床粗化对输沙能力降低的影响,对2018年7月洪水冲淤结果进行了验证。建立了在洪水不同含沙量级条件下,利津站含沙量恢复值与流量间的关系。     

河道冲刷和清水水流河床冲刷率

在冲积河流里。水流条件变化如洪水、水库泄放清水、河道渠化等使挟沙力不饱和引起冲刷，称为河道冲刷。这与水工建筑造成的局部冲刷不同。河道冲刷深度主要决定于冲刷率和冲刷历时。本研究通过对各种泥沙大量实验，证明了河床冲刷率正比于水流提供的冲刷功率并依赖于泥沙粒径和容重，首次提出了冲刷率公式。经验证，该公式可以用于非恒定流输沙和河流洪水冲刷计算。     

挟沙水流的冲刷率及河床惯性的研究

在清水水流河床冲刷率的实验研究基础上，本文进一步研究了挟涉水流来沙率对冲刷率的影响。结果说明挟抄水流的冲刷率随来沙率与水流输沙力欠饱和度之比以负指数律降低。当来水挟抄率与水流饱和输抄率相等时，冲刷率降刊0。河床惯性是河床在非恒定流中一种重要的动力学性质。利用河床惯性与冲刷率的关系测量了各种沙样的河床惯性值。发现河床惯性随床沙颗粒分选系数增大而增大，分选系数很大时趋近于极限值50t／Tn0。利用河床惯性和河床变形方程得出了冲刷过程中水流输沙率沿程和随时间的变化规律，结果说明水流输沙率欠饱和度向下游以负指数律下降，这与冲刷率随实际水流挟沙率与欠饱和度之比以指数率下降的规律有耜同意义。河床惯性愈大，实际水流输沙率增长得愈慢。河床惯性与于容重及摩阻流速之比构成的无困次数A。代表河床变形和水流实际挟沙量对水流挟沙力变化的响应程度。     

清水冲刷河床粗化数学模型

本文建立了大坝下游清水冲刷河床粗化一维数学模型。该模型考虑了非均匀推移质不平衡输移,并引入混合层模式用于模拟河床组成的变化。利用Preissmann隐式格式求解水流方程组,用显式格式求解河床变形方程及床沙级配调整方程。该模型侧重于模拟河床粗化过程,也能用于河床一维变形计算。利用我们做过的清水冲刷水槽实验资料对模型进行了全面的验证,取得了令人满意的结果。     

渭河下游河道近期冲淤变化分析

本文根据实测资料,分析了渭河下游河道近期2001~2013年的冲淤变化情况,并对冲淤变化原因进行了分析,认为河道采砂是近期渭河下游河床冲刷下切的主要因素,清水冲刷、潼关高程略有下降、滩区取土是渭河下游河床冲刷下切的原因之一。     

黄河下游河床的粗化问题

前言在河流上兴建了水利枢纽以后,下泄的清水将引起下游河床的冲刷。在冲刷的过程中,河床会发生粗化,从而使河槽的糙率增加,挟沙能力减少,河槽因此也更趋于稳定。例如柯罗拉多河在胡佛坝下游的20公里河段内,在米德湖落成的初期,河槽的侵蚀过程发展得很快,在六个月内,河段平均刷深0.6至1.8公尺。但是随着大量细粒泥沙的外移,河床质的粗化现象也进展得极其迅速,自1935年到1941年的六年中,河床     

天然河道挟沙水流的复杂行为及其在河型形成中的意义

天然河道挟沙水流具有复杂的力学行为。随着含沙量的增大，挟沙水流能耗率也增大，但当含沙量超过某一临界值之后，能耗率则迅速减小。在这种微观层次上的复杂行为的影响下，河床形态和河型随含沙量的变化也呈现出复杂的面貌，这实质上是挟沙水流复杂行为的宏观表现。本文所揭示的冲积河流河床形态和河型随含沙量变化的复杂图形，对于小浪底水库建成后黄河下游游荡河道的调控治理有重要意义     

清水冲刷河床粗化研究

根据永定河的野外观測資料和室內試驗結果,对卵石夹沙河床經清水冲刷后所形成的抗冲粗化层的特性进行了探討,提出計算河床极限冲刷深度的公式,及粗化完成后的河床糙率系数与粗化顆粒下限粒径的关系式。沙貭河床受清水冲刷后将通过床沙与悬沙间的不等值交換发生粗化。冲刷段、冲淤平衡段及淤积段上都将发生粗化現象。但其粗化层不是稳定的,不能抗拒水流的推移,在一般情况下,以沙浪形式向下游运动。这一粗化层的出現加大了河床阻力,減小了水流輸沙能力,从而减緩含沙量沿程恢复速度,加长冲刷段及延长河床比降調整过程。     

黄河下游河床演变及河道整治的初步研究

黄河流域的自然地理条件,使得进入下游的泥沙量特别高,河床不断堆积抬高,而且坡陡流急,河床变形迅速.洪峰的猛涨猛落,洪汛期和枯水期流量的相差悬殊,以及洪峰与沙峰的不相应性,也使下游河床时时刻刻都在进行调整和改变.这一些流域条件,决定了黄河下游的游盪性河型.只有到了高村以下,由于两岸的地质条件和南北大堤限制了河道的横向发展,河流才逐步向弯曲的外形过渡.黄河下游虽然是一条堆积性的河流,但是在局部地区,在个别时段中,也可能出现相当普遍的冲刷.例如1958年下游的洪水超过了有水文记载以来的记录,在特大洪峰中,三门峡与秦厂之间的区间来水占四分之三左右,这一部分来水含沙量比较低,对干流有稀释作用.经过一个汛期,只花园口三十五公里的河段内,就从主槽中冲去了泥沙2,700万方,从京广铁桥到夹河滩长约100公里的河段内,1958年汛后的谿线比1953年平均还要降低1.2米,冲刷的范围估计已发展到高村以下.在河床普遍刷深的过程中,局部地区冲深达五、六米甚至十几米的,更是屡见不鲜.水文资料的分析结果指出:在上游来沙量偏大,河床普遍淤高的情况下,河势的变化要强烈得多,而在河床普遍刷深的同时,河流外形却变得更为规则,主槽的摆动范围也有所压缩.模型试验的结果,初步指出河床在横向的变化与下泄流量的大小有很大的关系.如果下泄的清水比下游河槽的平滩流量小得多,河床基本上以下切为主,两岸出现台地.在下切的同时,水流有向弯曲的外形发展的趋势,随着弯顶的下移,河槽逐渐展宽.如果下泄的水满槽漫流,一方面由于流量大,水流冲刷力强,河床下切得更快,而另一方面,水流漫滩以后,对滩岸的破坏力加大,容易冲出串沟,导致主槽较大的摆动,河床开始恢复游盪的特性.这时的游盪强度虽然比以前要弱得多,但是因为下泄的水含沙量不足,滩岸淘刷以后,不能在旁的地方落淤还滩,河身因此迅速展宽.更往下游去,来自上游的清水已经自河床中取得足够的泥沙的补给,含沙量恢复饱和,这时河床不再发生冲刷,横向的变化也和过去没有太大的不同.在壅水段中,泥沙大量停积,河床继续保持游盪的特性,而且河身格外宽浅,水流外形显得更为散乱.由于泥沙在水库进口段的淤积,并使回水迅速向上游发展.河床在纵向上的冲淤幅度可以通过河床变形计算加以预估.按照黄委会所提出的六枢纽方案,将来在各级枢纽之间,都存在着自由段、过渡段和壅水段.自由段的冲刷是由上而下逐步发展的,在同一个地区,冲刷的速率因时递减.泥沙不再运动、全线达到平衡所需要的时间历时很久.河床达到平衡以后,自由段的最大冲刷深度在桃花峪下游为10米左右,在其他各个梯级的下游则达到20—30米.这样大的普遍冲刷,再加上坝址附近的局部冲刷,会在枢纽工程的修建中引起一定的困难.黄河下游将来的泥沙主要来自河床的冲刷,非造床质所占的百分比较小,在达到平衡以前,全部沙量约在70亿公方左右,这些泥沙一部分淤在壅水段,一部分引入灌溉渠道.壅水段回水的向上游发展,在河南境内的几个梯级比山东更为显著.下游河道的整治可分近期及远期两个时期,从三门峡水库开始拦洪到桃花峪水库建成以前属于近期,为期约4—5年,桃花峪水库及下游各级枢纽建成以后属于远期.近期的河道整治以防洪为主.三门峡水库建成以后,三秦区间还可以发生相当大的洪水.从目前情况看,三秦间发生千年一遇洪水时还可以采取措施通过河道排泄入海不开放滞洪区分洪滞洪.将来下游主槽发生摆动的可能性是存在的,特别是在伊洛沁河口以下由于区间洪水尚未得到控制,水流有漫摊的机会,这就更有可能引起河槽的摆动和滩地的冲失.滩地的坍塌和河槽的展宽会使远期的整治工程失去前进的阵地,而且由此引起的河势变化可能会在束窄段的上下游造成新险.因此,近期的整治工程应以束窄游盪区、固定河势、保护滩地为主要内容.今冬明春应继续修筑生产堤,保护滩区农业生产,并束水固槽.黄河上现有节点应加改善,自两岸加固,使其成为真正固定河势的控制段,现有老滩需加维护.滩面的岐流串沟应加堵塞,并在滩地大量造林.关于植树在河道整治中的应用,应尽量利用永定河上的成功经验.整治的重点应放在花园口至高村河段.远期的河道整治应以促使河道向有利方向发展,最后达到全线通航为主.自由段的整治和前期工程并无太大的出入.在枢纽修建的同时,应把壅水区的外形做成枣核形,使泥沙能在库区内均匀落淤,回水不至过份向上游发展.泄洪闸的闸坎应尽量放低,闸门不宜过小,以便在洪汛期中提闸降低水位,清洗库区泥沙.在河南境内的河道坡降达到山东段现有坡降(万分之1.2)以后,就可以进一步束窄河身,考虑全线通航.在治导线的规划和航运断面的设计上,应以山东下游现有的典型弯道作为蓝本,弯道的浅滩段并自两面束窄,使其具有和深潭同样的航深.初步设计的结果,指出将来黄河下游在河道初束窄时,可以通行100—500吨的船只.随着河道的继续下切和坡降的继续变平,航运条件会进一步有所改善.     

河流再造床过程中河型变化的实验研究

河流上修建枢纽工程将改变下游河道来水来沙条件,并导致河流再造床过程。本文通过室内概化水槽实验研究了清水下泄时河道比降、入流角、流量及河床组成等因素影响河流再造床过程中河型变化的规律。研究发现,对于一定的河床组成,如果控制河槽的冲刷下切,当入流角为0时,随着比降、流量的增加,初始顺直的河槽将会展宽增大湿周从而降低消耗,河槽宽深比随比降、流量的增加而增大,随组成河床颗粒粒径的减小而增加;当入流角大于0时,随着比降的增加,初始顺直的河槽一方面增大宽深比,同时呈现弯曲特征,在一定的比降、流量及河床组成条件下,将形成具有明显弯曲特征的主槽。     

山区小河堤防的护坡基础

山区小河堤防的护坡基础抚松县水利电力局谭继春山区小型河流多属冲刷型河流，其主要特点是河床坡降大，汇流时间短。每当降有大到暴雨，山洪暴发，洪水猛涨，在洪水的冲刷作用下，河床逐年下切。在这些河流上修建防洪堤，关键是处理好河堤的护坡基础，以防在河床下切时，...     

关于黄河下游河床演变问题(下)

四、三门峡水库修成后下游河床变化及整治问题三门峡水库修成后,将使黄河下游河床,遭受到两方面的变化,其一是纵剖面变化,其二是平面变化。由于三门峡水库拦蓄了大量泥沙,出库水流的含沙量将大为减低,水流为满足本身的挟砂力,将在水库下游引起一般性的冲刷。冲刷自上游逐渐向下游发展,厚度沿程递减,其结果将增大断面,减小比降,使水流挟砂力降低。随着冲刷的向下流发展,上游冲     

教来河道力歹枢纽建成前后上游河道演变分析

道力歹枢纽修建后,改变了教来河水流条件,使河道泥沙自然运动的规律遭到破坏,造成河道严重淤积。本文从河道水流挟沙能力的变化,挟沙能力的降低及河床形态的变化,河道纵坡的改变,河床颗粒的细化,河床抗冲能力等说明上游河道的演变概况。     

三峡水库蓄水后宜昌一杨家脑河段冲刷及粗化

水库蓄水引发的下游河道再调整,对河流未来演变与人类活动均有重要影响.根据现场实测水文、地形与床沙资料,对三峡蓄水后下游宜昌-杨家脑河段的河床冲刷下切、粗化等现象进行了统计分析.结果表明,三峡水库蓄水后导致宜昌相同来流情况下来沙剧减,这是导致研究河段冲刷的根本原因.2002-2006年间主要冲刷区逐年下移,冲淤幅度逐渐变小.而2006年汛末与2008年汛末三峡水库水位的抬高均导致冲刷量的突增.2002-2006年各河段曼宁糙率值逐步增大,尤其是坝下河段.床沙组成中卵石含量迅速提高,坝下河段河床中值粒径亦明显增大,而枝城以下河段不明显.这种上、下游河段粗化过程的差异性与河道冲淤、糙率变化是一致的.     

黄河下游的糙率问题

前言在黄河上修建了枢纽以后,下泄的水量和泥沙量将和今天的情况有所不同,这就会引起河床一系列的变化。如何预报枢纽下游河床的演变,是当前生产中亟待解决的问题之一。从事河床演变的预报工作,有两个不可缺少的工具——水流阻力公式及挟沙能力公式。这两个公式部分     

对小浪底水库修建后黄河下游游荡性河段河型变化趋势的几点看法

小浪底修建后，黄河下游河道仍然具备游荡性河型的一般条件，即坡降大、堆积性、床沙细、流量变幅大。但是在一定时间内或下泄清水或下泄低含沙量水流，将使下游河道首先发生两种变化：一是变堆积性为侵蚀性；二是洪峰削减流量变幅减小，使流路、流向相对稳定，在这两种作用下，有可能使游荡性河型向稳定分汊、甚至向顺直微弯河型转化。建议今后对河床演变进行深入研究，并对现有成果进行更高概括，使河道治理途径和方案容易取得共识。     

黄河下游萎缩性河道挖河减淤的临界比较研究

理论分析及试验研究表明，要提高黄河下游萎缩性河道挖河减淤效果，就要增大挖河段以上河段的溯源冲刷量，同时减少挖河段的泥沙回淤量。而且，后者是提高挖河减淤效率的重要因素。为此，挖河段的底坡比降应在设计水沙条件下使水流挟沙力沿程不变或有所增大，其临界坡降至少应等于或大于水流能够克服边界摩擦所引起的摩阻坡降和为保持水流运动所需要的水力坡降之和。根据试验资料初步分析，黄河下游窄河段挖河减淤的临界比降应大于1‰。